Cable de tungsteno para robots quirúrgicos: un ejercicio de I+D complejo y prolongado

4 de agosto de 2023 Por contenido patrocinado Deja un comentario

Por Scott Dailey y Connor Chiuchiolo

La robótica quirúrgica es un área tan explosiva de la ciencia de la cirugía mínimamente invasiva que incluso la gente común sabe que se está convirtiendo rápidamente en un pilar de la atención médica. De hecho, las personas que no tienen experiencia en medicina ni experiencia en fabricación para producir estas increíbles máquinas, en algún momento, se someterán a un procedimiento quirúrgico con la ayuda de un robot quirúrgico. Que la robótica quirúrgica se esté normalizando y sea hoy un enfoque perfectamente aceptable para realizar procedimientos quirúrgicos ambulatorios significa el inicio de promesas como estadías hospitalarias más cortas, menos complicaciones después del hospital y, lo mejor de todo, una restauración más rápida de la calidad de vida.

Y como instrumentos diseñados para simular perfectamente las extremidades del cirujano, los propios médicos disfrutan de los beneficios de un menor potencial de fatiga durante las maniobras de agilidad durante períodos prolongados. Si a esto le sumamos la oportunidad que tiene un robot quirúrgico de llegar a espacios más pequeños y reducidos, dentro de cavidades más estrechas, es comprensible por qué hay tanto entusiasmo y optimismo en torno al despliegue de robots quirúrgicos en las redes de atención médica de todo el mundo.

Pero por todas estas razones, y muchas otras, un robot quirúrgico no puede fallar en el campo de ninguna manera, sea grande o pequeña, bajo ninguna circunstancia, ni por ningún período de tiempo.

Posteriormente, los fabricantes de cables mecánicos en miniatura de tungsteno que ayudan a imitar los movimientos del cirujano implican miles de horas de colaboración con los fabricantes de robótica quirúrgica para garantizar que dicha actuación de movimiento logre un factor crítico de seguridad que supera con creces los requisitos del entorno diseñado.

Cable mecánico de tungsteno 8×19 0.018” Ø con conector hipotubo en su extremo.

Cable de tungsteno: resistencia superior, huella ultrafina

Si un robot quirúrgico utiliza un cable mecánico para lograr el cabeceo y la guiñada en sus afectadores finales, entonces los cables mecánicos de ese robot están construidos de acero inoxidable o tungsteno. De los dos materiales de cable, el tungsteno se ha convertido recientemente en el claro favorito para la fabricación de estos cables. Si bien el acero inoxidable ha disfrutado de décadas de excelente reputación como material de cable ideal, junto con una gran variedad de instrumentos quirúrgicos sofisticados, la maleabilidad del tungsteno, combinada con sus capacidades superiores de carga y ciclo, lo ha convertido en el material de cable mecánico preferido entre los fabricantes de robots quirúrgicos.

Los diámetros de los cables mecánicos de tungsteno que simulan los brazos, las manos y los dedos de un cirujano varían de una aplicación a otra. Pero los cables dentro de estos espacios estrechos, pequeños y abarrotados son potencialmente tan pequeños como 0,016” de diámetro, o el mismo grosor que cuatro hojas apiladas de papel de oficina de 8,5×11.

Aún más sorprendente es el diámetro de los monofilamentos utilizados para trenzar estos complejos cables mecánicos de tungsteno (o acero inoxidable). Carl Stahl Sava Industries ha trenzado cables de tungsteno, por ejemplo, a partir de alambres tan pequeños como 0,0007″ Ø, lo que hace que los monofilamentos tengan un tamaño del 70% de un solo cabello humano (~0,001″ Ø).

Lograr el factor de seguridad requerido, manteniendo al mismo tiempo un factor de forma tan pequeño, permite que estos cables mecánicos de tungsteno se abran camino a través de poleas de aproximadamente el diámetro de una resistencia de orificio pasante.

Cable mecánico de tungsteno de 8×19 0.018” Ø con conector hipotubo en el centro.

La repetibilidad de tolerancias extremadamente estrictas

La precisión con la que los conjuntos de cables mecánicos de tungsteno ejecutan los movimientos del cirujano requiere que los accesorios aplicados a los cables también cumplan con un factor de seguridad rígido. Después de todo, el robot quirúrgico realiza una cirugía mínimamente invasiva en un ser humano; claramente el margen de error es cero.

Por lo tanto, las tolerancias que deben alcanzar los accesorios del cable contribuyen aún más a la elegancia de estos cables fascinantemente pequeños pero hercúleos.Tolerancia , definido vagamente en la fabricación de cables, es la disparidad de tamaño con respecto a la medida requerida de un accesorio. Por lo tanto, si un accesorio aplicado a un conjunto de cable mecánico de tungsteno destinado a tener un diámetro de 0,200” ± 0,004”, en realidad tiene un diámetro de 0,205”, el accesorio estaría fuera de tolerancia porque no se encuentra dentro de los requisitos rígidos de la aplicación de robótica quirúrgica. E incluso cuando la tolerancia ideal para los accesorios que se aplican al cable mecánico de tungsteno se logra en, por ejemplo, ±0,004", es la repetibilidad de la operación de fabricación lo que hace que la producción de estos cables sea una investigación y un proceso tan riguroso pero satisfactorio. esfuerzo de desarrollo.

Estos accesorios no solo deben tener ± el grosor de una sola hoja de papel de oficina a 0,004 ″, sino que los accesorios deben lograr esta tolerancia en cada última pieza ensamblada. Dado lo delgada que es una hoja de papel, lograr esta hazaña de fabricación sólo una vez es impresionante. ¿Pero hacerlo a lo largo de toda una producción y durante toda la vida útil de un robot quirúrgico? Bueno, resulta bastante claro ver qué victoria en la fabricación es reproducir estas tolerancias en millones de conjuntos de cables mecánicos de tungsteno y posiblemente miles de cirugías.

Destacando la desafiante propuesta que es producir cables de tungsteno para robots quirúrgicos, el ingeniero de diseño de Sava, Connor Chiuchiolo, dijo: “la producción en masa de conjuntos de cables de robótica quirúrgica es un trabajo de amor. Es una cuerda floja de ingeniería lograr estas tolerancias. Sin embargo, explorar los límites de lo que se puede hacer en la ciencia quirúrgica tiene su propia recompensa”.

Aplicación de racor hipotubo a cable mecánico de tungsteno 8×19 Ø 0,018”.

Cable de tungsteno: EL proceso de I+D

El cable de tungsteno para robótica quirúrgica impone demandas de investigación y desarrollo únicas y complejas a los ingenieros mecánicos encargados de producirlos. Pero incluso una vez que los conjuntos de cables han superado el proceso de I+D, que en robótica quirúrgica puede tardar años en completarse, el trabajo apenas ha comenzado.

Más allá de la multitud de validaciones operativas y de producción necesarias para perfeccionar los propios conjuntos de cables, los operadores de producción, herramientas y matrices y otros operadores capacitados deben movilizarse para diseñar, implementar y mantener un entorno de fabricación que garantice el desarrollo fluido y confiable de miles o incluso millones de partes, a veces a lo largo de décadas. Incluso cuando los prototipos de conjuntos de cables de tungsteno están demostrando ser exitosos en las pruebas de laboratorio, las automatizaciones, así como las estrategias de fabricación Kanban, 5S y celular, implementan la infraestructura necesaria para producir en masa cables y conjuntos de cables que aseguran que una pieza a la siguiente, son indistinguibles unos de otros.

Contenido patrocinado por Carl Stahl Sava Industries